Prekursory wczesnej identyfikacji kondycji

osadu czynnego jako działania proekologiczne

w oczyszczalni ścieków JSW KOKS S.A.

„KOKSOWNICTWO 2018”

M. Kołton, E. Powązka, M. Szmidt

”Wpatrz się głęboko, głęboko w przyrodę,

a wtedy wszystko lepiej zrozumiesz” (Albert Einstein)

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 2 z 22

Węzeł mechaniczno-chemiczny

koagulacja

strącanie chemiczne

sedymentacja

flotacja

Węzeł biologiczny

amonifikacja

nitryfikacja

denitryfikacja

biodegradacja

Węzeł doczyszczania

koagulacja

sedymentacja

stabilizacja ścieków

ścieki koksownicze

piaskownik

osadnik wstępny

flotacja ciśnieniowa

zbiornik wyrównawczy

ścieki sanitarne

reaktor amonifikacji

osadnik wtórny

reaktor beztlenowy

reaktor tlenowy

osadnik wtórny

reaktor wielofunkcyjny

ścieki oczyszczone do

potoku Bobrek

Schemat Blokowy Oczyszczalni Ścieków JSW KOKS S.A.

Oddział Przyjaźń w Dąbrowie Górniczej

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 3 z 22

Oczyszczanie ścieków metoda osadu czynnego: ETAP I - mikrobiologiczny rozkład zanieczyszczeń

ETAP II - separacja biomasy osadu czynnego

Osad czynny to złożony ekosystem w którym zachodzą procesy fizyczne i reakcje biochemiczne. Podstawową jednostką strukturalno-fizjologiczną

jest kłaczek. Jego powstawanie zachodzi podczas napowietrzania. Kłaczki osadu absorbują zanieczyszczenia (substancje rozpuszczone, cząstki

koloidalne oraz zawiesiny) na swojej powierzchni. Duże cząstki ulegają hydrolizie, dzięki enzymom wydzielanym na zewnątrz komórek

bakteryjnych.

Cechy morfologiczne:

• kształt – zaokrąglony, nieregularny

• struktura – zbita, luźna

• wielkość – b. dobre 150 - 300 µm

drobne ˂ 100 µm

duże > 500 µm

• trwałość – stabilne (mocne), słabe

Obraz mikroskopowy pojedynczego kłaczka z bioreaktora (pow. 400x)

Oczyszczanie ścieków koksowniczych – metodą osadu czynnego

Skład i morfologia kłaczków jak też barwa i zapach osadu są wskaźnikami charakteryzującymi warunki pracy osadu czynnego.

Skład kłaczków:

• żywe drobnoustroje, głównie bakterie

• martwe komórki

• nierozłożone duże cząstki organiczne

• cząstki nieorganiczne np. piasek;

ich ilość może wynosić od 10 - 50%

ogólnej masy kłaczka

Bakterie stanowią od 5 - 20 % substancji

organicznej kłaczka, pozostała część

80 - 95 % to martwe substancje.

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 4 z 22

Bakterie odżywiają się substancjami zawartymi w ściekach. Wielka

różnorodność bakterii o zróżnicowanych właściwościach przemiany materii

powoduje, że organizmy uzyskują niezbędne substancje i energię, konieczne

dla ich dalszego rozwoju. Produktem końcowym jest nowa powstała biomasa,

dwutlenek węgla, azot w formie gazowej związki mineralne oraz energia.

Zanieczyszczenia (źródło węgla i energii) są przetwarzane na:

wewnętrzną energie magazynowaną w komórce bakterii,

produkty końcowe rozkładu odprowadzane w odpływie.

nową biomasę.

Oczyszczanie ścieków koksowniczych - przemiany materii w bioreaktorach

OWN lub OWO komórka

bakteryjna

Tlen Azotany, energia

Biomasa Amoniak, azotyny

Przemiana materii bakterii nitryfikacyjnych

Substancje

organiczne

komórka

bakteryjna

Azotany, azotyny N2, CO2

Biomasa

Przemiana materii bakterii denitryfikacyjnych

Substancje

organiczne

komórka

bakteryjna

Tlen CO2, energia

Biomasa

Przemiana materii bakterii heterotroficznych

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 5 z 22

Właściwości osadu czynnego – istotne wskaźniki fizyczno-chemiczne:

Ocena kondycji osadu czynnego - fizyczno-chemiczna i organoleptyczna

Kolor Rodzaj osadu Zapach

jasnobrązowy / brązowy osad dobrze pracujący ziemisty - pożądany

szary osad przeciążony stęchły - niepożądany

czarny osad zagniły gnilny - niepożądany

Prawidłowo pracujący osad czynny pachnie świeżo i ziemiście.

Osad niedotleniony ma zdecydowanie nieprzyjemny zapach, charakterystyczny dla procesów gnilnych.

Wskaźniki organoleptyczne:

50< Io < 100 osad dobrze sedymentujący 100 < Io < 150 osad lekki Io > 150 osad spuchnięty

Sedymentacja

pozwala na oddzielnie biomasy

osadu od ścieków oczyszczonych Indeks objętości osadu

określa specyfikę warunków

panujących w osadnikach

Indeks gęstości osadu

określa wpływ reagentów

chemicznych na sedymentację

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 6 z 22

Obserwacja mikroskopowa osadu czynnego

Regularne obserwacje mikroskopowe służą do identyfikacji m.in. prekursorów kondycji osadu czynnego.

Pobieranie próbek z bioreaktora i przygotowanie preparatu jest kluczowym elementem dla prawidłowej

identyfikacji organizmów mikrofauny.

Bakterie mogą być jedynie obserwowane za pomocą mikroskopu z wykorzystaniem następujących technik:

JASNE POLE KONTRAST FAZOWY

CIEMNE POLE INTERFERENCYJNA

Aby uzyskać reprezentatywny wynik badania dokonujemy trzykrotnego oznaczenia jednej próbki.

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 7 z 22

Analiza mikroskopowa pozwala na jednoznaczne określenie składu ilościowego i jakościowego

organizmów osadu czynnego.

Nadmierna dominacja poszczególnych grup może wskazywać na pewne nieprawidłowości

w osadzie czynnym.

Różnorodność gatunkowa jest pożądanym zjawiskiem.

Mikroorganizmy, które spotykamy w osadzie czynnym:

ameby domkowe, nagie,

orzęski osiadłe, telotrochy,

orzęski osiadłe – kolonijne,

orzęski pełzające,

bezkręgowce (nicienie, wrotki, brzuchorzęski, skąposzczety, niesporczaki),

wiciowce duże, drobne,

bakterie swobodnie pływające, nitkowate.

SKALA WIELKOŚCI ORGANIZMÓW W OSADZIE CZYNNYM

1 – 2 µm bakterie pałeczkowate, orzęski 20 – 300 µm, ameby

50 – 400 µm, wrotki 230 – 1 600 µm, do 5 000 µm – nicienie

1 µm – jedna milionowa metra 10-6m

1000 µm = 1 mm

około 0,1 mm = 100 µm – ludzki włos

Vorticella convalaria, 400x

Identyfikacja prekursorów w osadzie czynnym

50 µm

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 8 z 22

Dobra sedymentacja

wolno pływające

orzęski

ameby ameby ameby

orzęski pełzające

wiciowce

ameby

orzęski osiadłe

wrotki

wrotki

wiciowce

nicienie

orzęski osiadłe

wrotki

Wiek osadu

Obciążenie osadu

wrotki

robaki

wiciowce

Wolno pływające

orzęski

Do

min

ac

ja

wiciowce

ameby

wiciowce

orzęski pełzające

wiciowce

orzęski osiadłe

orzęski pełzające

wrotki

orzęski osiadłe

orzęski pełzające

wrotki

nicienie

niski

wysokie

wysoki

niskie

Dominacja grup mikroorganizmów w komorze osadu czynnego w zależności

od wieku osadu i jego obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 9 z 22

Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki

tlenowe oraz dłuższy wiek osadu):

Prekursory pozytywne – Orzęski osiadłe

Vorticella infusionum 400x / 30-60 µm

Vorticella convalaria 400x / 60-80 µm

Vorticella convalaria 400x / 60-80 µm kontrast fazowy

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 10 z 22

Prekursory pozytywne – Orzęski osiadłe - kolonijne

Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki

tlenowe oraz dłuższy wiek osadu):

Opercularia minima 400x / 50 µm

Carchesium polypinum 400x / 80-140 µm

Zoothanium sp. 400x / 40-90 µm kontrast fazowy

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 11 z 22

Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki

tlenowe oraz dłuższy wiek osadu):

Euplotes affinis 400x / 40-70 µm

Aspidisca lynceus 400x / 35-50 µm Aspidisca lynceus 400x / 35-50 µm

Prekursory pozytywne – Orzęski pełzające

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 12 z 22

Prekursory pozytywne – Bezkręgowce (Nicienie)

Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki

tlenowe oraz dłuższy wiek osadu):

100x / 500-3000 µm

400x / 500-3000 µm 400x / 500-3000 µm kontrast fazowy

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 13 z 22

Prekursory pozytywne – Bezkręgowce (Wrotki)

Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki

tlenowe oraz dłuższy wiek osadu):

Philodina roseola 100x / 100-500 µm

Philodina roseola 400x / 100-500 µm Philodina roseola 600x / 100-500 µm

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 14 z 22

Prekursory pozytywne – Duże wiciowce i Ameby domkowe

Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki

tlenowe oraz dłuższy wiek osadu):

Duże wiciowce

Euglena sp. 1000x / 10-40 µm

Ameby domkowe

Arcella sp. 600x / 50 µm

Trinema sp. 600x / 50 µm Entosiphon sp. 1000x / 10-40 µm

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 15 z 22

Prekursory negatywne – Ameby nagie

Prekursory wskazują na występowanie zakłóceń w procesie oczyszczania ścieków (niedobory tlenu, dopływ substancji toksycznych, wysokie

obciążenie osadu):

Mayorella sp. 400x / 50 µm

Saccamoeba sp. 600x / 50 µm Mayorella sp. 400x / 50 µm

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 16 z 22

Prekursory negatywne – Drobne Wiciowce

Prekursory wskazują na występowanie zakłóceń w procesie oczyszczania ścieków (niedobory tlenu, dopływ substancji toksycznych,

wysokie obciążenie osadu):

Diplomonadida 1000x / 5-20 µm

Notosolenus sp. 1000x / 5-20 µm Petalomonas sp. 400x / 5-20 µm kontrast fazowy

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 17 z 22

Prekursory negatywne –Telotrochy

Prekursory wskazują na występowanie zakłóceń w procesie oczyszczania ścieków (niedobory tlenu, dopływ substancji toksycznych,

wysokie obciążenie osadu):

400x / 40-70 µm

600x / 40-70 µm 400x / 40-70 µm kontrast fazowy

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 18 z 22

Prekursory negatywne – Bakterie swobodnie pływające i nitkowate

Prekursory wskazują na występowanie zakłóceń w procesie oczyszczania ścieków (niedobory tlenu, dopływ substancji toksycznych,

spuchnięcie osadu, wysokie obciążenie osadu):

Bakterie swobodnie pływające – nadmierna ilość / dominacja Bakterie nitkowate – nadmierna ilość / dominacja

400x kontrast fazowy

400x kontrast fazowy 400x kontrast fazowy

100x kontrast fazowy

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 19 z 22

Każdy osad czynny zawiera bakterie nitkowate, natomiast rozwój danej populacji odpowiedzialnej za puchnięcie osadu czy tworzenie piany oraz

kożucha związany jest z obciążeniem osadu, warunkami eksploatacji oraz jakością ścieków surowych. Ponieważ mamy do czynienia z różnymi

gatunkami, typami bakterii nitkowatych przed podjęciem decyzji o wyborze środka eliminującego problem puchnięcia i pienienia, istotna jest

identyfikacja bakterii niewłaściwej sedymentacji osadu czynnego. Aby określić skład, typ oraz liczebność bakterii nitkowatych, wymagane jest

zastosowanie technik barwienia GRAMA i NEISSERA.

Planowanie działania doskonalące w zakresie technik wybarwiania bakterii

IDENTYFIKACJA BAKTERII

NITKOWATYCH

Barwienie Gram „–”

jasnoczerwony

Barwienie Neisser „+”

szaroniebieski

Barwienie Gram „+”

ciemnogranatowy

Metoda Neissera

Rozróżnia bakterie na podstawie obecności

materiałów zapasowych w komórkach bakterii

(polifosforanów) Barwienie Neisser „–”

jasnożółto lub jasnobrązowo

Metoda Grama

Rozróżnia bakterie pod względem budowy ściany

komórkowej

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 20 z 22

Pozytywna rola obserwacji mikroskopowych

ANALIZA MAKRO I MIKROSKOPOWA

OSADU CZYNNEGO

SKŁAD BICENEZY,

IDENTYFIKACJA PREKURSORÓW

KONDYCJI OSADU CZYNNEGO

OCENA INDYWIDUALNYCH

WARUNKÓW ŚRODOWISKOWYCH

W BIOREAKTORACH

EFEKTYWNOŚĆ OCZYSZCZANIA, JAKOŚĆ

ODPROWADZANEGO ŚCIEKU DO POTOKU

BOBREK

IDENTYFIKACJA ZABURZEŃ

EKSPLOATACYJNYCH, ŻRÓDEŁ

ICH POWSTAWANIA

RACJONALNE ZUŻYCIE ŚRODKÓW

CHEMICZNYCH, ZAPEWNIENIE

WŁAŚCIWYCH WARUNKÓW TLENOWYCH

W BIOREAKTORACH

INDYWIDUALNY DOBÓR WŁAŚCIWYCH

ŚRODKÓW ZARADCZYCH ZWIĄZANYCH

Z NIEPOŻĄDANYMI ZJAWISKAMI

W ETAPACH OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW

DOBÓR ODPOWIEDNICH ŚRODKÓW

WSPOMAGAJĄCYCH PROCES

OCZYSZCZANIA MAJĄCYCH WPŁYW NA

STRUKTURĘ OSADU CZYNNEGO

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 21 z 23

Biotechnologia środowiska - element odpowiedzialności ekologicznej

Przedsięwzięcia proekologiczne są to wszystkie działania podejmowane w celu poprawy warunków życia ludności poprzez poprawę kondycji

środowiska naturalnego – definicja.

Odpowiedzialność ekologiczna dotyczy wszystkich przedsiębiorstw. Jest ona co raz to częściej czynnikiem wpływającym na rozwój i wizerunek

nowoczesnej i proekologicznej firmy.

Podłożem tych działań są zwiększająca się świadomość i coraz to większe naciski społeczne na poprawę jakości środowiska oraz zaostrzanie

przepisów dotyczących ochrony środowiska.

Analiza mikroskopowa jest narzędziem, instrumentem controlingu ekologicznego mającego na celu wspomaganie ochrony środowiska

w przedsiębiorstwie i efektywne eliminowanie wystąpienia zagrożeń mających skutek ekologiczno-ekonomiczny.

Rozwój biotechnologii środowiska i nowoczesnych technik w technologii wykorzystujących drobnoustroje przemysłowe, sprawiają że procesy

przemysłowe są bardziej przyjazne środowisku i mniej kosztowne, poprzez zużycie energii, oszczędność surowców, redukcje odpadów

procesowych do minimum, a środowisko naturalne staje się coraz to lepsze.

„Dbajmy o środowisko, w którym żyjemy na co dzień aby żyło nam się lepiej”

JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 22 z 22

Dziękuję za uwagę JSW KOKS S.A.

41-800 Zabrze

ul. Pawliczka 1

www.jswkoks.pl